JPH0891949A - セラミックス積層体の製造方法 - Google Patents
セラミックス積層体の製造方法Info
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- JPH0891949A JPH0891949A JP22913994A JP22913994A JPH0891949A JP H0891949 A JPH0891949 A JP H0891949A JP 22913994 A JP22913994 A JP 22913994A JP 22913994 A JP22913994 A JP 22913994A JP H0891949 A JPH0891949 A JP H0891949A
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- JP
- Japan
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- ceramics
- manufacturing
- ceramic
- laminated
- laminate
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高精度で複数の機能を備えたセラミックス積
層体の製造方法を提供する。 【構成】 本発明は極薄で異なる機能をもつ微細結晶粒
セラミックスを、交互に繰返して積層し、これを超塑性
発現温度にて加熱，加圧して、一体に成形することを特
徴とするセラミックス積層体の製造方法である。
層体の製造方法を提供する。 【構成】 本発明は極薄で異なる機能をもつ微細結晶粒
セラミックスを、交互に繰返して積層し、これを超塑性
発現温度にて加熱，加圧して、一体に成形することを特
徴とするセラミックス積層体の製造方法である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、各産業分野の機器，装
置などの部材に広く利用しうるセラミックス積層体の製
造方法に関する。
置などの部材に広く利用しうるセラミックス積層体の製
造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】セラミックスは、硬度，耐熱性に優れた
材料であるが、機械的信頼性，加工特性，コストなどの
面で金属材料に劣るため、その応用範囲は限られてい
る。そのためセラミックスと金属，セラミックス同志の
接合や、セラミックスを積層する技術などが開発されて
いる。セラミックスを積層したものは、一つの材料に複
数の機能を与えることができる。たとえば単一材料では
強度と靭性の両方を具備させることは困難な問題である
が、積層体とすることによって、比較的容易にそれを達
成することができる。これまで、このような積層体の製
造方法としては、セラミックスの粉末を金型に充填する
場合に組成の異なる粉末を金型内に積層してプレスし、
加圧焼結する方法がある。また、組成の異なる成形体を
積層し加圧焼結する方法や、スリップキャスト法により
積層体を成形し焼成する方法が一般に行なわれている。
また、一方の表面側に形成されたセラミックス又はセラ
ミックスを主体とする第１の層と、他方の表面側に形成
された金属又は金属を主体とする第２の層と、これらの
間に介装した１又は２以上の金属及びセラミックスの混
合層とを有する積層体を製造する方法があり、前記各層
の金属量が第１の層から第２の層まで順次増加するよう
に各層を積層して成形体を形成する工程と、成形体の各
表面側をそれぞれ第１の層及び第２の層の適正焼結温度
に設定して成形体を焼結する方法が知られている（特開
平２−１６０５５０号、金属及びセラミックス積層体の
製造方法）。さらに微細結晶粒セラミックス，微細結晶
粒金属との混合組成を傾斜させてなる複数の材料を設
け、これらを傾斜順に重層せしめたあと、超塑性発現温
度域にて加圧することによって一体に接合・成形する方
法が開示されている（特開平２−２１７２４６号、傾斜
機能材料の製造方法）。
材料であるが、機械的信頼性，加工特性，コストなどの
面で金属材料に劣るため、その応用範囲は限られてい
る。そのためセラミックスと金属，セラミックス同志の
接合や、セラミックスを積層する技術などが開発されて
いる。セラミックスを積層したものは、一つの材料に複
数の機能を与えることができる。たとえば単一材料では
強度と靭性の両方を具備させることは困難な問題である
が、積層体とすることによって、比較的容易にそれを達
成することができる。これまで、このような積層体の製
造方法としては、セラミックスの粉末を金型に充填する
場合に組成の異なる粉末を金型内に積層してプレスし、
加圧焼結する方法がある。また、組成の異なる成形体を
積層し加圧焼結する方法や、スリップキャスト法により
積層体を成形し焼成する方法が一般に行なわれている。
また、一方の表面側に形成されたセラミックス又はセラ
ミックスを主体とする第１の層と、他方の表面側に形成
された金属又は金属を主体とする第２の層と、これらの
間に介装した１又は２以上の金属及びセラミックスの混
合層とを有する積層体を製造する方法があり、前記各層
の金属量が第１の層から第２の層まで順次増加するよう
に各層を積層して成形体を形成する工程と、成形体の各
表面側をそれぞれ第１の層及び第２の層の適正焼結温度
に設定して成形体を焼結する方法が知られている（特開
平２−１６０５５０号、金属及びセラミックス積層体の
製造方法）。さらに微細結晶粒セラミックス，微細結晶
粒金属との混合組成を傾斜させてなる複数の材料を設
け、これらを傾斜順に重層せしめたあと、超塑性発現温
度域にて加圧することによって一体に接合・成形する方
法が開示されている（特開平２−２１７２４６号、傾斜
機能材料の製造方法）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来技術の多くは、焼
成時に加圧されることが多く、したがって複雑形状品の
製造が困難である。また、粉末充填やスリップキャスト
による成形方法では焼成時の寸法収縮が避けられず、焼
成後において研削工程が必要となる。従って製造コスト
が高くなるという問題点がある。本発明は、前記事情に
鑑みてなされたもので、前記問題点を解消したセラミッ
クス積層体の製造方法を提供することを目的とする。
成時に加圧されることが多く、したがって複雑形状品の
製造が困難である。また、粉末充填やスリップキャスト
による成形方法では焼成時の寸法収縮が避けられず、焼
成後において研削工程が必要となる。従って製造コスト
が高くなるという問題点がある。本発明は、前記事情に
鑑みてなされたもので、前記問題点を解消したセラミッ
クス積層体の製造方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】前記目的に添い、本発明
は極薄で異なる機能をもつ微細結晶粒セラミックスを、
交互に繰返して積層し、これを超塑性発現温度にて加
熱，加圧して、一体に成形するセラミックス積層体の製
造方法である。本発明によって精度が高く、複数の機能
を備えた高品質で低コストの複雑形状の製品がえられ
る。
は極薄で異なる機能をもつ微細結晶粒セラミックスを、
交互に繰返して積層し、これを超塑性発現温度にて加
熱，加圧して、一体に成形するセラミックス積層体の製
造方法である。本発明によって精度が高く、複数の機能
を備えた高品質で低コストの複雑形状の製品がえられ
る。
【０００５】本発明において用いるセラミックスは、微
細結晶粒（粒径１μｍ以下）からなる箔状のセラミック
スを用いる。このセラミックスは厚さ０．0 1 〜０．5
ｍｍの範囲の極めて薄いものを用いる。０．0 1 ｍｍよ
り薄いと積層化の効果が得られにくく、０．5 ｍｍより
厚いと異種材料間の熱膨張係数差に起因する残留応力が
増大するため好ましくない。材料としては、たとえばジ
ルコニア，アルミナ，窒化ケイ素などが挙げられる。本
発明ではこれらのセラミックスのうち、求める機能を別
々に備えている異種のセラミックスを交互に積層して用
いる。異種のセラミックスを積層したものを、ホットプ
レスにセットし、次の条件において加圧成形する。 加熱温度 ： 超塑性発現温度域 １，０００〜１，６
５０℃ 加圧圧力 ： ５〜２０ＭＰａ 加圧時間 ： ０．５〜５時間 上記処理によって、異種のセラミックスは一体となり、
両種のセラミックスのもつ機能，特性を備えた積層体が
得られる。そして、この処理を型などを用いて同時に処
理することにより異種セラミックスの一体化と成形が同
時にできる。これは極めて薄い箔状の微細結晶粒セラミ
ックスを用いたため変形が容易で、かつ異種セラミック
ス間の拡散が容易に行えること、及びこれらセラミック
スを交互に積層したことの総合効果によるものである。
細結晶粒（粒径１μｍ以下）からなる箔状のセラミック
スを用いる。このセラミックスは厚さ０．0 1 〜０．5
ｍｍの範囲の極めて薄いものを用いる。０．0 1 ｍｍよ
り薄いと積層化の効果が得られにくく、０．5 ｍｍより
厚いと異種材料間の熱膨張係数差に起因する残留応力が
増大するため好ましくない。材料としては、たとえばジ
ルコニア，アルミナ，窒化ケイ素などが挙げられる。本
発明ではこれらのセラミックスのうち、求める機能を別
々に備えている異種のセラミックスを交互に積層して用
いる。異種のセラミックスを積層したものを、ホットプ
レスにセットし、次の条件において加圧成形する。 加熱温度 ： 超塑性発現温度域 １，０００〜１，６
５０℃ 加圧圧力 ： ５〜２０ＭＰａ 加圧時間 ： ０．５〜５時間 上記処理によって、異種のセラミックスは一体となり、
両種のセラミックスのもつ機能，特性を備えた積層体が
得られる。そして、この処理を型などを用いて同時に処
理することにより異種セラミックスの一体化と成形が同
時にできる。これは極めて薄い箔状の微細結晶粒セラミ
ックスを用いたため変形が容易で、かつ異種セラミック
ス間の拡散が容易に行えること、及びこれらセラミック
スを交互に積層したことの総合効果によるものである。
【０００６】
【実施例】図１において、１は３ｍｏｌ％Ｙ2 Ｏ3 添加
正方晶ジルコニア多結晶体（Ｙ−ＴＺＰ）からなるセラ
ミックスの薄板、２はＹ−ＴＺＰ／Ａｌ2 Ｏ3 複合材料
（８０ｗｔ％Ｙ−ＴＺＰ／２０ｗｔ％Ａｌ2 Ｏ3 ）から
なるセラミックスの薄板である。このセラミックスの薄
板１とセラミックスの薄板２は、それぞれ交互に積層し
てある。積層したセラミックスの薄板１の上下両端の１
ａと１ｆは厚さ２ｍｍ、１ｂ〜１ｅは厚さ0.０５ｍｍの
ものである。またセラミックスの薄板２の２ｇ〜２ｋは
厚さ0.０５ｍｍのものである。これらは加圧用のＳｉＣ
からなる治具３，３の間に配置し、超塑性発現温度域、
即ち大気中で１５００℃の温度で、１．5 時間，圧力１
２．5 ＭＰａで加圧し、１０％変形させた。この加圧処
理によって、異種材料からなる薄板１と薄板２、詳しく
は１ａ〜１ｆと２ｇ〜２ｋの各接合界面は超塑性変形に
よって完全に密着し、一体となり、両セラミックスの両
特性を備えた積層体がえられた。
正方晶ジルコニア多結晶体（Ｙ−ＴＺＰ）からなるセラ
ミックスの薄板、２はＹ−ＴＺＰ／Ａｌ2 Ｏ3 複合材料
（８０ｗｔ％Ｙ−ＴＺＰ／２０ｗｔ％Ａｌ2 Ｏ3 ）から
なるセラミックスの薄板である。このセラミックスの薄
板１とセラミックスの薄板２は、それぞれ交互に積層し
てある。積層したセラミックスの薄板１の上下両端の１
ａと１ｆは厚さ２ｍｍ、１ｂ〜１ｅは厚さ0.０５ｍｍの
ものである。またセラミックスの薄板２の２ｇ〜２ｋは
厚さ0.０５ｍｍのものである。これらは加圧用のＳｉＣ
からなる治具３，３の間に配置し、超塑性発現温度域、
即ち大気中で１５００℃の温度で、１．5 時間，圧力１
２．5 ＭＰａで加圧し、１０％変形させた。この加圧処
理によって、異種材料からなる薄板１と薄板２、詳しく
は１ａ〜１ｆと２ｇ〜２ｋの各接合界面は超塑性変形に
よって完全に密着し、一体となり、両セラミックスの両
特性を備えた積層体がえられた。
【０００７】一体成形されたこの積層体の機械的特性を
調べたところ、ＪＩＳ Ｒ１６０１による４点曲げ強度
値は８２０ＭＰａであった。これはＹ−ＴＺＰの強度７
５０ＭＰａから約９％の強度上昇となる。また、ＳＥＰ
Ｂ法による破壊靭性値は１０ＭＰａｍ1/2 で、Ｙ−ＴＺ
Ｐの破壊靭性値７ＭＰａｍ1/2 から約４３％の上昇を示
した。これらの特性改善は、前者は超塑性変形による潜
在欠陥の収縮消失によるもので、後者は複合化に伴うジ
ルコニアの応力誘起変態相量の増加によるものと考えら
れる。このようにして、本発明に係る方法では、積層体
の機能を容易に変えることができる。また、成形型を用
いることにより任意の形状を積層体に付与することがで
きる。図２は本発明の応用例を示し、Ｕ字状に形成した
下型１０の上端に、極薄のセラミックスを重ねてなる積
層板１１を載置し、前記各条件のもとで上型１２によっ
て加圧することによってＵ字状製品１３が成形できる。
調べたところ、ＪＩＳ Ｒ１６０１による４点曲げ強度
値は８２０ＭＰａであった。これはＹ−ＴＺＰの強度７
５０ＭＰａから約９％の強度上昇となる。また、ＳＥＰ
Ｂ法による破壊靭性値は１０ＭＰａｍ1/2 で、Ｙ−ＴＺ
Ｐの破壊靭性値７ＭＰａｍ1/2 から約４３％の上昇を示
した。これらの特性改善は、前者は超塑性変形による潜
在欠陥の収縮消失によるもので、後者は複合化に伴うジ
ルコニアの応力誘起変態相量の増加によるものと考えら
れる。このようにして、本発明に係る方法では、積層体
の機能を容易に変えることができる。また、成形型を用
いることにより任意の形状を積層体に付与することがで
きる。図２は本発明の応用例を示し、Ｕ字状に形成した
下型１０の上端に、極薄のセラミックスを重ねてなる積
層板１１を載置し、前記各条件のもとで上型１２によっ
て加圧することによってＵ字状製品１３が成形できる。
【０００８】
【発明の効果】本発明の方法によれば、寸法精度が高く
研削工程が省略できる低コストの製品が得られる。ま
た、複数の機能が付与できるとともに、複雑形状品の製
品が製作できる。超塑性変形により、セラミックス内部
の欠陥が収縮あるいは消失し、製品の強度が増加し、品
質が改善できる。
研削工程が省略できる低コストの製品が得られる。ま
た、複数の機能が付与できるとともに、複雑形状品の製
品が製作できる。超塑性変形により、セラミックス内部
の欠陥が収縮あるいは消失し、製品の強度が増加し、品
質が改善できる。
【図１】本発明に係る実施例を説明する図である。
【図２】同他の実施例を説明する図である。
１ セラミックスの薄板 ２ セラミックスの薄板 ３ 治具
Claims (2)
- 【請求項１】 極薄で異なる機能をもつ微細結晶粒セラ
ミックスを、交互に繰返して積層し、これを超塑性発現
温度にて加熱，加圧して、一体に成形することを特徴と
するセラミックス積層体の製造方法。 - 【請求項２】 前記セラミックスの厚さが０．0 1 〜
０．5 ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のセ
ラミックス積層体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22913994A JPH0891949A (ja) | 1994-09-26 | 1994-09-26 | セラミックス積層体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22913994A JPH0891949A (ja) | 1994-09-26 | 1994-09-26 | セラミックス積層体の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0891949A true JPH0891949A (ja) | 1996-04-09 |
Family
ID=16887380
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22913994A Pending JPH0891949A (ja) | 1994-09-26 | 1994-09-26 | セラミックス積層体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0891949A (ja) |
-
1994
- 1994-09-26 JP JP22913994A patent/JPH0891949A/ja active Pending
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